伊利諾大學香檳分校研究人員發展出一種新的方法，提升綠光LED亮度並且提高其效率。

伊利諾大學的電氣與電腦工程系助理教授Can Bayram發展出一種新的方法，提升綠光LED亮度並且提高其效率。(所有圖片來源:伊利諾大學)

使用產業內標準的半導體長晶技術，研究人員在矽基板上製造氮化鎵(GaN)晶體，這種晶體能夠產生高功率的綠光，應用於固態照明。

伊利諾大學的電氣與電腦工程系助理教授Can Bayram表示:「這是一個具有突破性的製程，研究人員成功在可調式的CMOS矽製程上生產新的原料，也就是方形氮化鎵 (cubic GaN)，這種原料主要用於綠色波長射極。」

將半導體用於感測以及通訊能夠打開可見光通訊的應用，而光通訊正是徹底改變光應用的技術。支援CMOS製程的LED能夠達到快速、高效率、低功率且多重應用的綠光LED同時能夠省下許多製程裝置的費用。

通常GaN形成一至兩種晶體結構，六方形或立方體。六方形GaN為熱穩定，且是傳統半導體的應用。不過，六角形GaN較容易出現偏振現象。儘管如此，亦即內部的電場將負電子與正電子分開，防止他們結合，因此而造成光輸出效率下降。

截至目前為止，研究人員只能使用分子束外延(Molecular beam epitaxy)製造方形GaN，這樣的製程非常昂貴且與MOCVD製程相較之下非常費時。

研究人員成功在可調式的CMOS矽製程上生產新的原料，也就是方形氮化鎵 (cubic GaN)，這種原料主要用於綠色波長射極。

Bayram表示:「微影技術(lithography)以及等向性蝕刻技術在矽上製造U行凹槽。這層非導電阻隔層扮演了將六角形塑型至方形的關鍵角色。我們的GaN沒有內部的電場能夠隔開電子，因此，可能會發生重疊問題，電子和凹洞更快速結核並製造光線。」

Bayram和Liu相信他們的方形GaN晶體可能可以成功讓LED達到零光衰(droop)。對綠色、藍色或UV LED而言，這些LED的發光效率都會隨著通過電流的輸入而逐漸衰退，也就是所謂的光衰。

這次的研究顯示出偏振在光衰的問題中有舉足輕重的地位，將電子推離凹槽，尤其是低輸入電流的情況下。在零偏振的情況下，方形LED能夠達成更厚的發光層並解決減少的電子和凹槽重疊以及電流過載。

效能較好的綠色LED將會成功打開新的LED固態照明應用。舉例而言，這些LED將可藉由混色發出白光並且達到節能效果。其他先進的應用也涵括利用無螢光的綠色LED製造超平行LED的應用、水中通訊以及例如光遺傳學以及偏頭痛等生物科技應用。

研究論文細節請見: Appl. Phys. Lett. 109, 042103 (2016)